人工老化对夏玉米登海605和鲁单818的影响

王 平，李平海，闫保罗，侯 玮，宗 燕，陈举林

（泰安市农业科学研究院， 山东 泰安271000）

种子的老化是种子成熟后生活力逐渐减弱直至丧失的过程，是种子贮藏过程中普遍存在的，不仅影响种子萌发与幼苗的生长，也会影响到后期植株的产量与品质［1－2］。因此，研究种子老化既对种子贮藏具有重要的意义，又对田间生长调控具有重要理论价值。

种子老化会使植物体内活性氧的产生和清除失衡，造成细胞内氧自由基的积累，破坏细胞的完整性，导致种子失去活力［7］。前人研究表明，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）等酶共同构成了植物的活性氧清除系统，其中SOD在活性氧清除系统中起主要作用，专一性清除O2－，它可以将O2－歧化成 H2O2，然后 H2O2在POD和CAT催化下分解为H2O和O2［3－6］。 因 此，SOD、POD、CAT等酶的表达水平在一定程度上反映了植物的老化及抗老化能力，研究其在老化种子幼苗中的活性变化，对明确种子老化的生理生化机理具有重要意义。

前人就人工老化对玉米种子活力的研究多集中于种子活力和苗期性状，对人工老化影响玉米干物质积累和产量形成的研究较少［8］。本研究采用更接近于自然条件的高温、高湿方法进行人工老化处理［9］，对种子活力、萌发种子酶活性、干物质积累、产量形成展开研究，明确老化种子对玉米的影响及指导种子贮藏、选择具有重要的理论指导意义。

1 试验材料与设计

1．1 试验材料

供试材料为玉米品种登海605和鲁单818。

1．2 试验方法

取2个玉米品种的种子各2 500粒，均分为5等份，每份500粒，在干燥箱（温度45℃、相对湿度100%）中分别处理0d（ck）、1d（T 1）、2d（T 2）、3d（T 3），老化种子置于室内阴凉处风干备用。

取处理种子，于2013年6月18日播种，播种方法为开沟条播，人工点播，每个小区长5m，宽2．4m，每小区种4行，行距60cm，小区采用完全随机区组排列，重复3次。施有机肥2 500kg／667m2，复合肥140 kg／667m2，播种前旋耕整地。在大喇叭口期追施纯氮9．2kg／667m2。田间管理同夏玉米一般大田。

1．3 测定指标与方法

1．3．1 室内种子活力测定

在发芽盒中铺入厚度约为3cm的消毒沙子，用蒸馏水喷洒，使其水分均匀一致，然后放入30粒种子，再盖上2cm湿沙，每个处理3次重复。将发芽盒放入25℃光照培养箱中，逐日统计正常发芽种子数，7d统计发芽率。计算发芽指数和活力指数等4个指标，计算如下：

发芽率（%）＝第7天正常发芽种子数／测定种子数×100%；

发芽势（%）＝第4天正常发芽种子数／测定种子数×100%；

发芽指数＝∑（Gt／Dt），其中Gt表示第t日发芽数，Dt表示发芽天数，t≤7；

活力指数＝第7天正常发芽根苗干重／第7天正常发芽种子数×发芽指数。

1．3．2 酶活性测定

酶液制备参照李忠光（2002）等的方法，随机选取30粒玉米种子，萌发时间24h，挑取种胚，以50 mmol／L，pH＝7．0的 Tris－HCl为缓冲液冰浴研磨提取（种胚的质量∶提取液为1∶5）。提取液于4℃条件下10 000r／min离心20min，取上清液在0～4℃下保存备用。SOD活性采用NBT光还原法测定；POD活性采用愈创木酚显色法测定；CAT活性采用紫外吸收法测定。

MDA含量测定参照李合生（2000）等的方法，略有变动。取萌发种子胚0．5g，加入10mL 10%三氯乙酸溶液，研磨至匀浆，3 000r／min离心10min。取上清液2mL，加入0．5%硫代巴比妥酸（TBA）溶液2 mL，沸水浴15min，然后离心15min。取上清液在450，532，600nm处的吸光值。计算MDA浓度，再计算出单位鲜重的MDA含量。

MDA浓度（μmol／L）＝6．45（A531－A600）－0．56 A450。

MDA含量＝MDA浓度×Vt／FW。

式中：A532、A600、A450分别表示532，600，450nm波长下的吸光值；Vt表示提取液体积（ml）；FW表示植物组织鲜重（g）。

1．4 统计分析

数据计算和绘图采用 Microsoft Excel 2010软件进行，显著性检验（LSD法）用DPS 7．05统计分析软件进行。

2 试验结果

2．1 种子活力变化

从表1可以看出，登海605种子老化1d时，发芽势、发芽率和活力指数均维持在较高的水平。随着老化时间的延长，各指标显著降低；老化2d时，发芽势、发芽率和活力指数分别比对照降低7．74%、5．48%和11．4%；老化3d时，发芽势、发芽率和活力指数分别比对照降低12．76%、13．38%和20．77%。鲁单818在老化前期，各指标数值也较高；老化2d时，发芽势、发芽率和活力指数分别比对照降低3．35%、3．94%和6．35%；老化3d时，发芽势、发芽率和活力指数分别比对照降低14．30%、12．1%和20．85%。与登海605相比，鲁单818表现出较强的耐贮性。

可见，人工老化处理能抑制玉米的种子活力，且随老化时间延长抑制程度加重；不同品种种子耐老化能力存在差异，鲁单818种子耐老化能力高于登海605。

表1 老化处理室内发芽鉴定

2．2 MDA含量的变化

从图1可以看出，老化处理1d，登海605和鲁单818萌发种子MDA含量略有提高，但水平较低，分别比对照提高8．84%和3．47%；随老化时间的延长，2个玉米种子MDA含量呈升高趋势。老化2d时，登海605和鲁单818种子MDA含量比对照分别提高22．98%和13．01%；老化3d时，登海605和鲁单818种子MDA含量比对照分别提高54．82%和48．27%。

相关分析表明，2个品种种子发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数与MDA含量之间均达极显著负相关。说明人工老化能破坏种子膜完整性，质膜透性增大，种子活力和发芽能力降低；不同品种种子的膜脂过氧化程度不同，登海605受伤害程度大于鲁单818。

图1 老化处理对玉米抗氧化酶活性和MDA含量的影响

2．3 抗氧化酶活性的变化

从图1可看出，随老化时间的延长，玉米萌发种子抗氧化酶的变化趋势呈现较大差异。登海605和鲁单818的SOD活性，老化处理1d分别比对照降低0．1%和8．79%；之后随着老化时间的延长逐渐升高，在老化处理3d时，分别比对照升高6．49%和6．5%。登海605和鲁单818的POD活性，在老化处理1d时达到最大值，分别比对照升高17．84%和8．73%，之后逐渐下降，在老化处理3d时，分别比对照降低23．37%和7．44%。登海605和鲁单818的CAT活性随着老化时间的延长，呈现逐渐降低的趋势，老化处理3d时，分别比对照降低32．87%和22．42%。不同品种间比较发现，登海605的抗氧化酶活性均高于鲁单818。

2．4 田间生长状况

由表2可以看出，在老化前期，登海605和鲁单818出苗率、苗高表现较高；老化2d时，分别比对照下降7．41%、10．97%和4．60%、10．55%；老化3d时，分别比对 照 下 降 40．84%、21．06% 和 23．94%、9．31%。品种间比较发现，鲁单818的出苗率和苗高在各处理均高于登海605。

在老化前期，登海605和鲁单818拔节期、喇叭口期、开花期、成熟期干重均表现较高，之后迅速降低。老化 2d时，分别比对照下降 10．45%、5．49%、15．44%、3．94%和3．77%、3．00%、15．18%、4．53%；老化3d时，分别比对照下降17．91%、23．92%、23．36%、9．25%和11．32%、18．00%、23．25%、9．98%。品种间比较发现，鲁单818的各时期干重均低于登海605，但是鲁单818受老化处理的影响程度低于登海605。

老化处理降低了各生育时期的干物质积累量，但提高了花后干物质积累量和贡献率。老化处理1，2，3d，登海605和鲁单818花后干物质积累量分别提高2．85%、4．61%、1．26% 和 1．81%、4．75%、0．72% ；花 后积累干物质对成熟期干物质的贡献率则分别提高3．52%、8．9% 、11．58% 和 3．1%、8．99%、11．88%。 在各处理条件下，登海605的花后积累干物质对总干物质积累量的贡献大于鲁单818。

表2 种子老化处理后的田间表现

表3 老化处理对不同品种玉米产量及其构成因素的影响

2．5 产量及其构成因素差异

由表3可以看出，玉米的产量受到老化处理的影响，登海605老化处理1，2，3d后产量分别下降7．68%、14．85%、42．90%；鲁单818老化处理1d和处理2d产量差异较小，老化处理3d后产量迅速降低，下降16．68%。分析产量构成因素发现，2个品种的穗行数、行粒数、穗长均随老化处理时间的延长而降低，2个品种的千粒重随老化时间的延长略有升高。穗粗则表现出品种间差异，登海605穗粗随老化处理时间的延长而降低，而鲁单818穗粗随老化时间的延长略有升高。相较于登海605，鲁单818具有更好的抗逆境能力。

表4 相关性分析

3 讨论与结论

种子活力丧失一是外因直接作用或间接影响，二是内部的演变过程。二者密切联系，外界因素诱发内在变化［10］。本试验中，经人工老化处理后，玉米种子活力表现开始缓慢降低，处理2d后迅速下降的变化趋势，登海605和鲁单818间比较发现，登海605种子活力随老化时间的下降速度高于鲁单818，表现出极大的基因型差异，这与前人研究结果类似。张海艳发现，老化处理后京科糯2000种子活力较莱农糯6号丧失快［11］。张加强等研究发现，种子活力和活力指标均随老化时间的延长而下降，比较发现昌7－2、郑单958下降速度较农大108慢，存在基因型差异［6］。种子生活力下降并不是以等速率递减，而是渐进式的，开始的较长一段时间内，种子活力缓慢下降，然后迅速下降，最后下降速度降低，缓慢下降至生活力完全丧失。

前人研究发现，随着老化程度的加深，SOD、POD、CAT等氧化还原酶活性持续下降，MDA含量却呈增加趋势。刘建军则认为，延长老化时间提高了SOD活性，但降低了POD、CAT和APX等酶的活性［7］。POD、CAT和APX等酶活性的降低，减弱了其清除过氧化物的能力，造成活性氧的积累，最终导致膜脂质过氧化，对细胞造成严重损伤，致使种子活力降低，甚至死亡［12－14］。本研究发现，老化处理对不同抗氧化酶的影响存在较大差异，SOD呈现先降低后升高、POD和CAT呈现先升高后降低的趋势，MDA含量则逐渐增加。种子老化导致抗氧化酶活性降低，抗氧化能力减弱，而氧化为产物MDA含量增加，使得自由基产生消除平衡被打破，不断积累的自由基导致膜脂过氧化，最终降低种子活力［15－16］。

玉米产量决定于干物质积累，并受经济系数制约，即干物质积累越多，籽粒产量也就越高［17－19］。前人研究发现，产量与田间测定活力指数和室内发芽活力指数间均存在显著正相关［20］。种子活力影响发芽期间的生理生化过程，进而影响种子萌发、出苗的过程及出苗后形成壮苗、旺苗的能力，导致田间苗情差异，进而影响生长发育进程，最终影响产量形成［21］。本研究发现，登海605和鲁单818在拔节期、喇叭口期、开花期、成熟期的干重受老化处理而降低，均表现为前期降低缓慢，老化处理2d以后迅速降低，品种间比较发现，登海605具有更强的干物质积累能力，但是对老化处理也更敏感。在正常种植条件下，登海605获得最高产量11 422．0kg／hm2，高于鲁单818的10 710．9kg／hm2，但是老化处理登海605的产量迅速降低，低于鲁单818。相关性分析结果（表4）表明，老化时间与产量、发芽势、发芽率、POD活性呈显著负相关，与MDA含量呈显著相关。产量与发芽势、发芽率、POD活性呈显著正相关，与MDA含量呈显著负相关。这与前人研究结果一致，活力高的种子，其POD活性也应较高［6］。本试验条件下，POD活性与发芽势、发芽率呈显著相关，与活力指数相关性不显著。

可见，发芽率和发芽势与田间产量的形成显著相关，人工老化处理降低玉米品种的种子活力、田间长势、干物质积累和产量形成，呈现出老化前期缓慢降低、随着老化时间的延长迅速降低的变化趋势，且存在显著的基因型差异，不同品种对人工老化的耐受程度不同。

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